EP0540426A1 - Procédé et dispositif de détection de conditions de fonctionnement défectueuses d'un système d'allumage pour moteur à combustion interne - Google Patents

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EP0540426A1
EP0540426A1 EP92402947A EP92402947A EP0540426A1 EP 0540426 A1 EP0540426 A1 EP 0540426A1 EP 92402947 A EP92402947 A EP 92402947A EP 92402947 A EP92402947 A EP 92402947A EP 0540426 A1 EP0540426 A1 EP 0540426A1
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Renault SAS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P11/00—Safety means for electric spark ignition, not otherwise provided for
    • F02P11/06—Indicating unsafe conditions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
    • F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for detecting defective or dangerous operating conditions of an electrical spark ignition system for an internal combustion engine fitted in particular to motor vehicles. It relates more precisely to a method and a device for detecting the submerged state of a spark plug.
  • the present invention relates to a method for detecting the flooded state of a spark plug and this more particularly during the engine start-up phases or idle without load.
  • the method for detecting defective operating conditions relates to a spark ignition system for an internal combustion engine, this system comprising at least one spark plug connected to a coil comprising a primary circuit and a secondary circuit, in which flow respectively a primary current and a secondary current and at the terminals of which are supplied respectively a primary voltage and a secondary voltage.
  • the measurements of the primary voltage which are filtered are included in a characteristic time interval defined between the instants 0.25.D and 0.75.D which follow the spark order .
  • the flooding is a well known phenomenon, caused by an excessive supply of gasoline in a cold cylinder (the flooding is all the more important as the cylinder is cold), the gasoline vapor then condenses on the walls of the cylinder and the base of the candle. The presence of liquid petrol on the electrodes and the base then considerably disturbs the electric discharge.
  • FIGS. 2a, 2b and 2c correspond to the transform by filtering the primary voltage Up (t), using a high-pass filter of the first order, of the characteristics A, B and C represented. in Figures 1a and 1b.
  • the terminals used for filtering depend on the spark duration D which is measured in each of the three cases.
  • the method for measuring the duration of spark D consists in measuring the time during which the secondary current varies between two predetermined values.
  • FIG. 3 shows the electrical diagram of a detection device according to the invention, adapted to operate on an engine of the 4-cylinder in-line type.
  • This secondary circuit or winding is represented by the equivalent resistance (Rs) and the inductance (Ls).
  • the secondary winding of the coil is directly connected to the power supply, which amounts to saying the primary circuit (PRIM) of the coil taking into account the current technology of the coils, by means of an additional resistance with a value of 50 ohms.
  • PIM primary circuit
  • Is intensity of the secondary current
  • the different signals (D) and (Up) are processed by the calculator (CAL) which supplies each cylinder with an indicator of embedded candle (Bnoy).
  • CAL calculator
  • a display module makes it possible to represent in appropriate form, for example a light bar or "bargraph” whose light length is proportional to the level of flooding, the flooding state of each candle.

Abstract

Procédé de détection de conditions de fonctionnement défectueuses d'un système d'allumage par étincelle pour moteur à combustion interne, ledit système comprenant au moins une bougie connectée à une bobine comportant un circuit primaire (PRIM) et un circuit secondaire (SEC), dans lesquels circulent respectivement un courant primaire (Ip) et un courant secondaire (Is) et aux bornes desquels sont délivrées respectivement une tension primaire (Up) et une tension secondaire (Us), caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes : effectuer, pendant un intervalle de temps caractéristique qui suit un ordre d'étincelle (OE), une pluralité de mesures respectivement du courant secondaire (Is) et de la tension primaire (Up), calculer la durée d'étincelle (D), ladite durée correspondant au temps pendant lequel le courant secondaire (Is) varie entre une valeur initiale et une valeur prédéterminée, filtrer par un filtre passe haut du premier ordre les mesures de la tension primaire (Up) situées dans un intervalle de temps caractéristique, extraire les transitions négatives et mémoriser la valeur maximale de l'amplitude (NOY) desdites transitions. <IMAGE>

Description

  • La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif de détection de conditions de fonctionnement défectueuses ou dangereuses d'un système d'allumage par étincelle électrique pour moteur à combustion interne équipant notamment les véhicules automobiles. Elle concerne plus précisément un procédé et un dispositif pour la détection de l'état noyé d'une bougie d'allumage.
  • La détection des dysfonctionnements d'un système d'allumage classique, par étincelle électrique comprenant une bougie connectée à une bobine du type à un circuit primaire et un circuit secondaire, est un problème particulièrement important du fait des conséquences de ces dysfonctionnements notamment en terme d'usure du moteur, d'émissions de polluants ou encore d'inconfort de conduite pour l'utilisateur du véhicule.
  • Les défauts ou ratés d'allumages ont pour effet d'empêcher la combustion de toute ou partie du carburant injecté dans le (ou les) cylindre affecté par ces ratés. Il s'en suit un rejet d'hydrocarbures imbrûlés dans la ligne d'échappement et donc la pollution de l'environnement, et lorsque qu'un pot catalytique équipe la ligne d'échappement, cet apport de carburant provoque une forte montée en température du catalyseur jusqu'à des valeurs excessives et donc sa détérioration. Il s'en suit également le dépôt de carburant imbrûlé sur les parois du piston et du cylindre, dépôts qui éliminent l'huile de lubrification, ce qui a pour effet d'en augmenter l'usure. Enfin une autre conséquence et non des moindres de ces ratés de combustion est la surconsommation en carburant du moteur.
  • De nombreuses études ont été entreprises pour détecter les ratés d'allumages, on peut citer les demandes de brevet numéros WO-89/11591, ou encore FR-2.277.249. Si la plupart des dispositifs connus arrivent à détecter de manière correcte l'existence de ratés de combustion, aucun dispositif n'est cependant capable d'en détecter la cause.
  • Les causes des ratés de combustion sont multiples, on peut notamment citer la bougie débranchée ou en court circuit, un écartement inter-électrode trop important, une bougie encrassée ou encore noyée. A chacune des causes correspond un remède approprié, alors qu'un écartement anormal nécessite le démontage de la bougie, le noyage ou l'encrassement nécessitent seulement une modification de la carburation. Le diagnostic de l'origine des ratés est donc particulièrement important pour permettre la mise en place de stratégies de remise en état du dispositif d'allumage rapides et efficaces.
  • La présente invention a pour objet un procédé de détection de l'état noyé d'une bougie et cela plus particulièrement pendant les phases de démarrage du moteur ou de ralenti sans charge.
  • Le procédé de détection de conditions de fonctionnement défectueuses, suivant l'invention, concerne un système d'allumage par étincelle pour moteur à combustion interne, ce système comprenant au moins une bougie connectée à une bobine comportant un circuit primaire et un circuit secondaire, dans lesquels circulent respectivement un courant primaire et un courant secondaire et aux bornes desquels sont délivrées respectivement une tension primaire et une tension secondaire.
  • Selon l'invention le procédé est caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes :
    • effectuer, pendant un intervalle de temps caractéristique qui suit un ordre d'étincelle, une pluralité de mesures respectivement du courant secondaires et de la tension primaire,
    • calculer la durée d'étincelle, ladite durée correspondant au temps pendant lequel le courant secondaire varie entre une valeur initiale et une valeur prédéterminée,
    • filtrer par un filtre passe haut du premier ordre les mesures de la tension primaire situées pendant un intervalle de temps caractéristique,
    • extraire les transitions négatives et mémoriser la valeur maximale de l'amplitude desdites transitions.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, les mesures de la tension primaire qui sont filtrées, sont comprises dans un intervalle de temps caractéristique défini entre les instants 0,25.D et 0,75.D qui suivent l'ordre d'étincelle.
  • La présente invention concerne également un dispositif de détection pour la mise en oeuvre du procédé.
  • le dispositif suivant l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour effectuer, pendant un intervalle de temps caractéristique qui suit un ordre d'étincelle, une pluralité de mesures respectivement du courant secondaire et de la tension primaire, lesdites mesures étant traitées par des moyens de calcul pour calculer la durée d'étincelle, faire un filtrage passe haut du premier ordre des mesures de la tension primaire situées dans un intervalle de temps caractéristique, extraire les transitions négatives pour ensuite mémoriser celle dont l'amplitude est la plus grande, puis en déduire le degré de noyage de la bougie.
  • Selon une caractéristique de l'invention, une résistance supplémentaire est insérée dans la bobine du côté des bornes d'alimentation entre les enroulements secondaires et les enroulements primaires pour permettre la mesure du courant secondaire à partir de la mesure de la tension aux bornes de ladite résistance supplémentaire.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, le nombre de mesures de la valeur du courant secondaire et de la tension primaire sont respectivement au moins de 25, et préférentiellement égal ou supérieur à 40.
  • La détection spécifique des ratés d'allumage dues au noyage des bougies permet de mettre des stratégies de correction de l'injection dès l'apparition du phénomène et ainsi de supprimer de façon quasi instantanée ce dysfonctionnement, le rendant peu ou pas perceptible au conducteur du véhicule.
  • On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description donnée ci-après d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :
    • la figure 1a représente de manière superposée les caractéristiques Up=f(t) pour un cas de bougie normale et pour un cas type de bougie noyée,
    • la figure 1b représente de manière similaire à la figure la, les caractéristiques Up=f(t) pour un cas de bougie normale et pour un second cas type de bougie noyée,
    • les figures 2a à 2c représentent pour chacune des caractéristiques représentées sur les figures 1a et 1b l'allure des transitions négatives détectées sur le signal Up=f(t) filtré,
    • et, la figure 3 représente le schéma électrique d'un dispositif de détection conforme à l'invention.
  • Le noyage est un phénomène bien connu, provoqué par un apport excessif d'essence dans un cylindre froid (le noyage est d'autant plus important que le cylindre est froid), la vapeur d'essence se condense alors sur les parois du cylindre et le culot de la bougie. La présence d'essence liquide sur les électrodes et le culot perturbe alors considérablement la décharge électrique.
  • La demanderesse à mis en évidence que sur une bougie noyée lorsque l'ordre d'étincelle "OE" arrive, principalement deux cas peuvent se produire :
    • l'étincelle s'amorce normalement entre les électrodes puis se déplace brutalement, en cours de décharge, pour longer l'isolant céramique recouvert d'essence. L'allongement important du parcours qui en résulte provoque alors une brutale augmentation de la tension bougie, ce cas sera désigné dans la suite de la description "cas A" ;
    • l'étincelle s'amorce directement le long de l'isolant recouvert d'essence. La tension bougie est alors très perturbée pendant toute la durée de la décharge, ce cas sera désigné dans la suite de la description "cas B".
  • Ces violentes variations de tension au niveau de la bougie se retrouvent au niveau de la tension aux bornes du circuit primaire de la bobine ou tension primaire Up, qui est une grandeur accessible à la mesure.
  • Ces variations sont nettement apparentes sur les courbes Up=f(t) de la figure 1a, laquelle figure montre l'évolution de la tension primaire "Up" entre les instants -1 et +3 millisecondes (l'instant initial 0 correspondant à l'ordre d'étincelle "OE") pour respectivement une bougie non noyée (C) et une bougie noyée (A) correspondant au cas A évoqué précédemment.
  • La figure 1b similaire à la figure 1a, compare de même une bougie non noyée (C) et une bougie noyée (B) correspondant au cas B.
  • On observe donc dans le cas des bougies noyées une brutale augmentation de la tension en cours d'étincelle. La demanderesse a pu montrer que lors de fonctionnements du moteur au démarrage ou au ralenti, de telles augmentations brutales sont tout à fait caractéristiques de l'état noyé d'une bougre.
  • Il en résulte que le procédé retenu pour détecter le noyage de la bougie, consiste à rechercher les brutales augmentations de la tension primaire lorsque le moteur est en phase de démarrage ou au ralenti sans charge.
  • Le dispositif mis en oeuvre pour assurer une telle détection des augmentations de la tension primaire en cours d'étincelle est le suivant.
  • Après calcul de la durée D de l'étincelle, le signal Up est pondéré par une fenêtre temporelle rectangulaire de largeur [0,25.D, 0,75.D], pour éliminer les effets de l'amorçage et du désamorçage de la bougie. Le signal résultant est ensuite traité par un filtre passe haut du premier ordre pour extraire les transitions. Un redressement simple alternance permet de ne conserver que les transitions négatives recherchées. Un crête-mètre mémorise alors la valeur maximale atteinte pendant le cycle analysé.
  • Ce principe de calcul est plus précisément décrit conformément aux figures 2a, 2b et 2c qui correspondent à la transformée par filtrage de la tension primaire Up(t), grâce à un filtre passe haut du premier ordre, des caractéristiques A, B et C représentées aux figures 1a et 1b.
  • On peut observer l'amplitude des transitions détectées dans le cas d'une bougie normale, figure 2c, et dans les deux cas d'une bougre noyée, figures 2a et 2b. Pour une bougie normale, les transitions détectées ont une amplitude très faible contrairement à celles correspondant aux bougies noyées.
  • Les bornes utilisées pour le filtrage dépendent de la durée d'étincelle D qui est mesurée dans chacun des trois cas.
  • Le procédé pour mesurer la durée d'étincelle D consiste à mesurer le temps pendant lequel le courant secondaire varie entre deux valeurs prédéterminées.
  • L'intervalle de temps de mesure (0,25.D; 0,75.D) est choisi de façon à éliminer les pics parasites dus à l'amorçage et au désamorçage de l'étincelle, l'intervalle de mesure doit être compris dans l'intervalle (0,2.D ; 0,85.D) suivant les caractéristiques du système d'allumage et des temps de réponse.
  • Seules les transitions négatives du signal Up(t) filtré sont étudiées, et l'amplitude du plus grand pic est mesuré par un crête-mètre et stocké dans une unité de calcul puis multiplié par un coefficient constant choisi, préférentiellement égal à 20, pour obtenir une indication de bougie noyée (Bnoy) comprise entre 0 et 100.
  • Le filtrage proprement dit est effectué en utilisant la formule suivante : S n =(1-K filtre )*(S n-1 +e n -e n-1 )
    Figure imgb0001
    avec
       Sn = Sortie du filtre pour l'échantillon n
       Kfiltre = constante filtre
       Sn-1 = Sortie du filtre pour l'échantillon n-1
       en = échantillon n
       en-1 = échantillon n-1
  • La constante du filtre Kfiltre pourra avoir une valeur de 0.8 permettant un filtrage suffisant pour la tension primaire Up.
  • La mise en oeuvre de la détection proprement dite ne soulève pas de difficultés majeures compte-tenu de la vitesse des moyens de mesures et de calculs actuels et compte tenu que le noyage est un phénomène qui se produit à faible régime moteur ; en effet, pour un moteur de 4 cylindres tournant à 1500 tours/min, il y a un ordre d'étincelle toutes les 20 millisecondes; de plus, la durée de l'étincelle ne dépasse pas les 3 millisecondes et pour effectuer 40 mesures dans l'intervalle préférentiel 0,25.D à 0,75.D, il suffit d'un appareillage capable d'effectuer une mesure toutes les 20 microsecondes dans le pire des cas.
  • La figure 3 montre le schéma électrique d'un dispositif de détection conforme à l'invention, adapté pour fonctionner sur un moteur du type 4 cylindres en ligne.
  • Chacune des bougies est directement connectée à un distributeur (DIS) au moyen d'un câble haute tension schématisé par sa résistance équivalente (Rf2, Rf3, Rf4, Rf5), cette résistance Rfi est directement dépendante de la longueur du câble haute tension. Un des câbles est muni d'une pince de décodage cylindre (DECOD) pour indiquer, par un signal (De) au calculateur (CAL), quelle est la bougie concernée par les mesures en cours.
  • Le distributeur (DIS) est connecté au circuit secondaire (SEC) de la bobine par un câble haute tension également schématisé par sa résistance équivalente (Rf1).
  • Ce circuit ou enroulement secondaire (SEC) est représenté par la résistance équivalente (Rs) et l'inductance (Ls). L'enroulement secondaire de la bobine est directement relié à l'alimentation, ce qui revient à dire au circuit primaire (PRIM) de la bobine compte tenu de la technologie actuelle des bobines, au moyen d'une résistance complémentaire d'une valeur de 50 ohms. Il en résulte que, en mesurant la tension aux bornes de cette résistance (Uis), on connaît l'intensité du courant secondaire (Is). Cette mesure ne présente pas de difficulté en utilisant, par exemple, un amplificateur et un convertisseur dont le signal de sortie sous forme numérique est appliqué au calculateur (CAL).
  • Le courant secondaire ainsi mesuré permet d'obtenir après traitement dans un calculateur (CALDUR) la durée de l'étincelle (D), par exemple le temps écoulé entre l'ordre d'étincelle et le passage du courant secondaire (Is) au-dessous d'un seuil fixé.
  • La bobine comporte donc un enroulement primaire (PRIM) schématisé également par sa résistance équivalente (Rp) et son inductance (Lp). La mesure de la tension primaire (Up) se fait par des moyens similaires à ceux utilisés pour la mesure de (Uis).
  • Les différents signaux (D) et (Up) sont traités par le calculateur (CAL) qui fournit par cylindre un indicateur de bougie noyée (Bnoy). Un module d'affichage permet de représenter sous forme appropriée, par exemple une barre lumineuse ou "bargraph" dont la longueur lumineuse est proportionnelle au niveau de noyage, l'état de noyage de chaque bougie.
  • Cette information peut être également incorporé dans la stratégie de pilotage de l'injection, en la combinant avec les différents paramètres de fonctionnement du moteur. Ainsi dès la détection du phénomène de noyage il est possible de jouer sur la durée d'injection pour supprimer le noyage.
  • Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple.
  • Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit.

Claims (10)

  1. [1] Procédé de détection de conditions de fonctionnement défectueuses d'un système d'allumage par étincelle pour moteur à combustion interne, ledit système comprenant au moins une bougie connectée à une bobine comportant un circuit primaire (PRIM) et un circuit secondaire (SEC), dans lesquels circulent respectivement un courant primaire (Ip) et un courant secondaire (Is) et aux bornes desquels sont délivrées respectivement une tension primaire (Up) et une tension secondaire (Us), caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes :
    - effectuer, pendant un intervalle de temps caractéristique qui suit un ordre d'étincelle (OE), une pluralité de mesures respectivement du courant secondaire (Is) et de la tension primaire (Up),
    - calculer la durée d'étincelle (D), ladite durée correspondant au temps pendant lequel le courant secondaire (Is) varie entre une valeur initiale et une valeur prédéterminée,
    - filtrer par un filtre passe haut les mesures de la tension primaire (Up) situées pendant un intervalle de temps caractéristique,
    - extraire les transitions négatives et mémoriser la valeur maximale de l'amplitude (NOY) desdites transitions.
  2. [2] Procédé de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que les mesures de la tension primaire (Up) qui sont filtrées, sont comprises dans un intervalle de temps caractéristique défini entre les instants 0,25.D et 0,75.D qui suivent l'ordre d'étincelle (OE).
  3. [3] Procédé de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que ladite valeur maximale (NOY) est multipliée par un coefficient constant pour élaborer un indicateur de noyage (Bnoy) entre 0 et 100.
  4. [4] Procédé de détection selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'indicateur de noyage (Bnoy) est visualisée sous la forme de bargraph.
  5. [5] Procédé de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la dite valeur (NOY) est envoyée au calculateur d'injection, ledit calculateur d'injection utilisant cette valeur en combinaison avec les valeurs des différents paramètres de marche du moteur pour corriger la quantité de carburant injecté.
  6. [6] Dispositif de détection de conditions de fonctionnement défectueuses d'un système d'allumage par étincelle pour moteur à combustion interne, ledit système comprenant au moins une bougie connectée à une bobine comportant un circuit primaire (PRIM) et un circuit secondaire (SEC), dans lesquels circulent respectivement un courant primaire (Ip) et un courant secondaire (Is) et aux bornes desquels sont délivrées respectivement une tension primaire (Up) et une tension secondaire (Us), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour effectuer, pendant un intervalle de temps caractéristique qui suit un ordre d'étincelle (OE), une pluralité de mesures respectivement du courant secondaire (Is) et de la tension primaire (Up), lesdites mesures étant traitées par des moyens de calcul (CAL, CALDUR) pour calculer la durée d'étincelle (D), faire un filtrage passe haut du premier ordre des mesures de la tension primaire (Up) situées dans un intervalle de temps caractéristique, extraire les transitions négatives pour ensuite mémoriser celle dont l'amplitude est la plus grande, puis en déduire le degré de noyage de la bougie.
  7. [7] Dispositif de détection selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une résistance supplémentaire est insérée dans la bobine du côté des bornes d'alimentation entre les enroulements secondaires (SEC) et les enroulements primaires (PRIM) pour permettre la mesure du courant secondaire (Is) à partir de la mesure de la tension (Uis) aux bornes de ladite résistance supplémentaire.
  8. [8] Dispositif de détection selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite résistance supplémentaire a une valeur de sensiblement 50 ohms.
  9. [9] Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le nombre de mesures de la valeur du courant secondaire (Is) et de la tension primaire (Up) sont au moins égal à 25, et préférentiellement égal ou supérieur à 40.
  10. [10] Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, ledit système comportant plusieurs bougies reliées chacune à un distributeur (Dis) par un câble de connexion haute tension, caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins une pince de décodage (DECOD) associée à un des câbles de connexion haute tension et connectée au moyens de calcul (CAL) pour déterminer quelle est la bougie dont la détection du noyage est en cours.
EP19920402947 1991-10-31 1992-10-30 Procédé et dispositif de détection de conditions de fonctionnement défectueuses d'un système d'allumage pour moteur à combustion interne Expired - Lifetime EP0540426B1 (fr)

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